有效微生物菌群在農業領域的研究與應用現狀

宋朝霞 曹理 李國輝

摘要 農業生產中大量化肥農藥的使用導致土壤結構退化、養分銳減、微生物豐度降低、土地生產力低下及水體污染等一系列生態環境問題，嚴重影響我國生態農業的發展和社會經濟的可持續發展?？偨Y近年來有效微生物菌群在種植業、養殖業及污染物處理等相關方面的研究和應用，旨在為生態農業的可持續發展提供參考。

關鍵詞 有效微生物菌群;農業生產;種植業;養殖業;污染治理

中圖分類號 S182? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）01-0021-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.006

Current Status of Research and Application of Effective Microorganisms （EM） in Agriculture

SONG Zhao-xia，CAO Li，LI Guo-hui

（College of Environmental and Biological Engineering，Henan University of Engineering，Zhengzhou，Henan 451191）

Abstract The use of a large number of chemical fertilizers and pesticides in agriculture leads to a series of eco-environmental problems，such as soil structure degradation，land nutrient reduction，microbial abundance reduction，low land productivity and water pollution，which seriously affects the development of ecological agriculture and the sustainable development of social economy in China.This paper summarized the research and application of effective microorganisms （EM） in planting，breeding and pollutant treatment in recent years，in order to provide some reference for the sustainable development of ecological agriculture.

Key words Effective microorganisms（EM）;Agricultural production;Planting;Breeding;Pollutant treatment

基金項目 河南省科技攻關計劃項目（172102110191）。

作者簡介 宋朝霞（1979—），女，山東榮成人，講師，博士，從事微生物資源開發和生物質資源化研究。

收稿日期 2021-03-30

有效微生物（effective microorganisms，EM 菌）是由光合細菌、乳酸菌、酵母菌、放線菌和絲狀菌5大類10個屬80余種微生物以適當比例組成的混合菌群[1-3]。其中，光合細菌和乳酸菌起主導作用，其合成能力支撐著其他微生物的活動，同時也利用其他微生物產生的代謝產物，形成共生關系。當EM菌液狀態穩定時，其中包含的各類微生物能夠充分發揮各自的功能，在改善動植物生長的生態環境、提高動植物的免疫力、污染治理等方面都發揮積極作用[4]。該研究主要總結了近年國內外有效微生物菌群在種植業、養殖業和污染物治理領域的研究現狀，并對其應用前景進行分析，旨在為生態農業的可持續發展提供參考。

1 有效微生物菌群在種植領域的研究和應用

鄭揚波等[3]通過在盆栽重茬土壤中添加適量EM菌肥的方法提高連作廣藿香根系活力以及葉綠素含量，促進作物生長。該方法還能夠促進土壤細菌、放線菌的生長，同時抑制土壤真菌的生長，改善土壤狀況;增強土壤脲酶、蔗糖酶以及多酚氧化酶的活性，提高土壤肥力。王志遠等[5]發現連續4 a采用有機物料和EM菌肥聯合施用的桃園土壤中有機質含量及氨氮（NH4+-N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、有效鉀和樹脂磷等養分含量較對照組顯著提高。除了在土壤中施用外，適量濃度的EM菌液還可以直接對作物種子或苗木進行浸泡處理，從而達到促進種苗生長的目的[6]。周紅艷等[7]在研究EM菌對重金屬鉛脅迫下溝葉結縷草生長的影響時發現，噴施EM菌原露可促進重金屬鉛脅迫下溝葉結縷草生長，改善葉色，增強植株抗逆性。郭晨[8]在研究中發現EM菌肥相比普通尿素可以顯著提高早稻和晚稻產量。

國外學者對EM菌液在種植領域的研究也做了大量的工作。Kusznierewicz等[9]在研究EM菌對蘋果中抗氧化活性成分的影響時發現，與施用化肥和合成農藥的傳統果園相比，施用EM菌肥的果園中蘋果的抗氧化活性提高將近2倍，其中多酚類物質含量提高34%～54%。Meng等[10]研究發現，在集裝箱生長系統中，適量EM菌劑和生物炭的施用能夠顯著提高土壤質量，有利于櫸樹幼苗的生長。Talaat[11]通過對在不同鹽分條件下種植40 d的刀豆進行各項指標的分析發現，EM菌劑的施用能夠對刀豆光合器官進行調節，影響內源激素的生物合成以緩解鹽分對植物的脅迫危害[11]。Abd El-Mageed等[12]研究發現殘硫強化生物炭與EM菌劑聯用能夠顯著降低鹽漬土壤中辣椒植株內Na+和Cd2+濃度，同時增加氮、磷、鉀、鈣、鐵、錳、銅和鋅的吸收，進而提高辣椒植株的耐鹽性，有利于辣椒生長和提高辣椒產量。Podbielska等[13]為防止蘋果腐爛，采用殺菌劑啶酰菌胺或吡唑醚菌酯對蘋果進行處理，并研究了EM菌劑對這2種農藥殘留及殺菌效果的影響。研究發現，經過EM菌劑處理的試驗組中，在最初階段，2種殺菌劑的殘留量顯著降低，之后EM菌劑對殺菌劑的分解又表現出顯著的抑制作用，并能夠保持殺菌劑的活性，增強最終殺菌效果，在殺菌效果上與單獨使用殺菌劑時相同[13]。表明在保證殺菌效果的前提下，EM菌能夠顯著降低成熟蘋果上兩種農藥的殘留量，降低消費者的健康風險。Nikitin等[14]在研究EM菌劑對放射性核素Cs-137向大麥和生菜2種作物地上生物量轉移的影響時發現，EM菌與有機肥或鉀肥配合施用除了可提高2種作物的產量外，還能夠顯著減少137Cs向大麥生物量轉移的幅度，降幅分別達到50%和60%。EM菌劑能夠減少植物吸收137Cs歸因于137Cs的生物可利用形式（可溶和可交換形式）的減少。EM菌劑和有機肥處理4個月后，土壤中137Cs的可溶態分別比對照降低48%和72%[15]。通過上述研究可以發現，EM菌劑在種植領域的使用可以提高作物抗逆性，促進作物生長，改善作物品質，提高土壤肥力，降低農藥殘留，可以認為EM菌是實現農業可持續發展的環境友好型技術，具有廣闊的應用前景，但目前對EM菌的作用機理及其在野外條件下的功效研究較少。

2 有效微生物菌群在養殖領域的研究和應用

EM菌在養殖領域的應用通常是作為飼料補充劑使用，通過穩定和維持腸道病原菌和腐生菌群之間的微生物平衡來調節動物腸道功能[16]。例如，Gesek等[17]將EM菌與食物或水以適當比例混合后，對出生14 d的日本鵪鶉進行30 d的喂飼后發現，EM菌的添加改善了鵪鶉消化系統的結構和功能，使動物腸絨毛表面、絨毛高度和寬度、隱窩深度改變，從而增強免疫功能，增大消化吸收表面積。研究認為，EM菌能夠保護腸細胞免受病原體的侵害，并刺激與其他益生菌相似的細胞在腸腺的轉化，可用作動物生長促進劑。Laskowska等[18]研究發現，在豬飼料中添加EM-Bokashi可以激活細胞介導和體液免疫反應，確保Th1/Th2的平衡，增強免疫過程，保護機體免受感染。Abdel-Aziz等[19]在研究EM菌作為魚類營養補充劑的應用中發現，適量EM菌劑添加到日糧中對羅非魚進行喂養能夠顯著提高羅非魚的增重率、比生長率、存活率和飼料轉化率，使羅非魚腸周長比、黏膜皺褶長度、上皮內淋巴細胞和杯狀細胞呈指數增加，還能夠大幅提高羅非魚抗寄生蟲活性。高飛[20]

研究發現，與喂飼干玉米秸稈的陜北白絨山羊（對照組）相比，添加0.4% EM菌液的干玉米秸稈飼喂的山羊體質量增加顯著，經過60? d的飼養后試驗組山羊體質量增加9.20 kg/只，而對照組只增加4.10 kg/只，說明在飼草資源相對匱乏的秋冬季節，適量添加EM菌液可以在畜牧業中推廣應用。

除了改善動物腸道功能，提高動物免疫力和促進動物生長外，EM菌的使用也能夠有效改善養殖環境。崔帥等[1]發現在飼糧中添加 200 mg/kg 的EM菌可以降低水貂糞便中NH3和H2S氣體的含量，減少糞便中總氮（TN）、NH4+-N和總磷（TP）含量以及亞硝酸鹽氮（NO2--N）含量。原因可能是因為EM 菌能提高水貂腸道對蛋白質的吸收，抑制腸道有害菌群利用蛋白質向氨及胺的轉化，減少隨糞便排出的含氮物質;攝入的 EM 菌在生長代謝過程中能以 NH3、H2S作為營養物質，將其轉化吸收;同時，EM菌有一定的固氮作用，可以減少堿性條件下銨態氮的揮發，改善養殖環境。

EM菌也是水產養殖中常用的改善水質的微生物。例如，周婷婷等[21]在研究泥蚶與EM菌聯合凈化對蝦養殖廢水時發現，在60 L 的對蝦養殖廢水中投加510 μL EM 菌與33粒泥蚶，廢水中氮磷的去除率顯著提高。其中，泥蚶通過濾食作用在去除廢水中的懸浮物和營養鹽的同時，實現自身生物量的增長，其代謝產物被EM 菌通過復雜的生理生化反應轉化或利用，供自身生長繁殖。另外，適宜濃度的EM菌在分解和轉化水體中殘餌、糞便等有機物的同時，還可以加快環境中優良微藻的繁殖，為貝類提供豐富的餌料，促進其健康生長，最終實現環境中營養物質的合理利用，達到生態、高效凈化水質的目的，降低養殖廢水的排放。陳爽等[22]以粉煤灰與活性底泥為主要原料，在確定了最佳鐵粉和碳酸鈣粉末配比制作粉煤灰陶粒的基礎上，用其對EM菌進行固定化后，凈化模擬水產養殖廢水。粉煤灰陶粒單獨使用對TN、TP的去除率僅為29.89%和20.50%，而與 EM 菌聯合作用后TN、TP去除率最高可達93.80%和45.35%，充分說明將微生物固定化在粉煤灰陶粒中，能進一步發揮微生物對水體中氮磷的凈化作用。

3 有效微生物菌群在污染治理領域的研究和應用

有效微生物菌群在污水處理中也有著廣闊的應用前景，它能夠凈化水質、減輕臭味、減少污水中的污泥含量。何偉等[23]采用投加0.005% EM菌劑與物理溶胞耦合作用于序批式活性污泥法系統，相比于只通過物理溶胞處理的系統，污泥表觀產率從0.52降至0.25，減少了52%，說明適量EM菌液的添加能夠顯著減少污泥的產生量。呂樂等[24]通過向水體中投加EM菌劑的方法快速降低藍藻生物量（減少55%以上），并且EM菌劑能夠迅速降低水體中的NH4+-N、NO2--N、TN和磷酸鹽濃度并維持在較低水平，降低了形成藍藻水華所需要的氮、磷營養元素，控制了藍藻水華的進一步發展。但Dondajewska等[25]在使用EM菌劑和大麥秸稈對波蘭西部藍藻水華嚴重的淺水湖進行修復時發現，在為期5年（2011—2015年）的研究中，EM菌劑的應用可以使水體總有機物過度分解、浮游植物多樣性增加，引發生態系統的積極變化，但不足以降低湖泊中營養鹽的含量，藍藻水華仍然存在?？梢钥紤]將EM菌劑和其他生物、物理和化學等方法綜合使用，以達到理想的處理效果。Rashed等[26]在埃及的一個污水處理廠中進行了EM菌劑強化生物除磷系統效果的研究，結果表明，加入EM菌劑后COD、BOD 和TP 的去除率分別達到93%、93%和90%，該方法主要是通過EM菌劑的高性能聚磷作用提高除磷效果。陳建發[27]采用高效微生物菌群強化活性污泥處理抗生素類廢水，出水CODCr、NH3-N、TP的平均去除效率較常規系統分別提高了3.9%、9.3%和4.1%。Safwat[28]在利用EM菌劑改善移動床生物膜反應器處理初沉廢水的可行性時發現，在啟動一段時間后，與接種活性污泥和EM菌劑的反應器相比，只接種活性污泥的反應器中的載體上有較厚的生物膜，在活性污泥中添加EM菌對顆粒物化學需氧量（pCOD）和總氨氮（TAN）的去除率略有提高，但對可溶性化學需氧量（sCOD）的去除率無明顯改善。

另外，楊平等[29]研究發現EM菌能夠對污水、淤泥中的重金屬Cd2+進行生物富集，吸附率可達75.26%;隨著Cd2+的濃度不斷增加，EM菌吸附重金屬離子的能力下降。劉超[30]利用EM菌對活性污泥和秸稈混合物進行發酵處理40 d后，活性污泥中Cr、Pb、As和Cu的含量分別由45 313.3、72.4、31.3和186.9 mg/kg降至40.3、25.4、0.5和67.6 mg/kg，重金屬去除效果非常顯著。

在污染土壤的修復方面，EM菌也有明顯的優勢。Romeh[31]在采用車前草與EM菌協同凈化吡蟲啉污染土壤的研究中發現，在種植車前草的土壤中接種EM菌并輔以泥炭蘚處理是去除土壤中吸附的吡蟲啉最有效的方法。經過14 d的處理后，吡蟲啉的去除率達到81.22%，而對照組的去除率僅為37.30%。

EM菌劑也可用于提高有機堆肥發酵品質。Fan等[32]研究發現，EM菌的添加對家庭有機廢物堆肥化處理有積極作用，EM菌的添加能夠有效抑制堆肥發酵過程中臭味的產生，同時有利于堆肥腐殖化。曲淑巖[33]使用EM菌劑，采用1%的接種量處理牛糞堆肥比普通方法直接處理時間更短，效果更好，并且操作簡單、快速、高效且無臭，說明EM菌劑可以用于大規模工業化生產堆肥。王富強[34]在研究EM菌劑和蚯蚓對城市污泥和木薯渣混合物的處理時發現，單一使用EM菌能快速分解有機質，且作用效果優于單一使用蚯蚓的效果;協同處理（80%污泥+20%木薯渣+蚯蚓+EM）分解有機物的能力最強。使用蚯蚓和EM菌的協同效應對城市污泥和木薯渣混合物堆漚28 d，降低了基質pH、總有機碳（TOC）、TN、C/N比值和多環芳烴含量，提高了基質電導率和養分的有效性。將基質轉化為植物的營養物質，解決了植物毒性污泥的處置問題[35]。Zhong等[36]發現在堆肥腐熟過程中使用EM菌劑可以提高腐熟過程的礦化度，改善竹渣堆肥園藝用途的特性，使其可部分替代昂貴且可持續性較差的泥炭作為園藝生長基質來使用。

4 有效微生物菌群在其他領域的研究及應用

EM菌在食品發酵方面也有應用。Zhang等[37]接種EM菌劑對大豆進行固態發酵提高了從糖苷到苷元的生物轉化率，認為此法可以改善發酵大豆的營養價值。

5 展望

EM 菌在種植業、養殖業及污染物處理等方面均有良好的效果，可以考慮將其應用于農業生產中。施用EM菌肥可以改善土壤理化性質，提高土壤微生物豐度，增加土壤養分含量，最終達到提高作物產量和品質的目的。EM菌作為飼料補充劑應用在養殖業，能夠起到調節動物腸道微生物平衡，提高動物免疫力、增強抗病性、促進動物生長的功能;同時，EM 菌還能夠減少畜禽糞污臭味，對改善人畜環境具有積極意義;EM菌應用于水產養殖中可以起到凈化水質、促進優良微藻的繁殖，實現環境中營養物質的合理利用。EM菌添加到堆肥基質中能夠有效抑制堆肥發酵過程中臭味的產生，同時有利于堆肥腐殖化。利用EM 菌發酵農產品可制備高營養價值產品。由此可見，EM 菌在農業生產中的合理應用可以同時實現經濟效益、環境效益與社會效益三贏，對改善大量使用化肥農藥的傳統農業的現狀具有重要意義。

參考文獻

[1] 崔帥，王光，鄭菲菲，等.茶多酚和有效微生物對育成期水貂糞便污染物排放量的影響[J] .中國畜牧雜志，2018，54（2）：108-112.

[2] 金秋，陳立華，閆少鋒.有效微生物技術在城市環境治理領域中的應用[J].環境科技，2015，28（1）：70-74.

[3] 鄭揚波，李明，張梓豪，等.EM 菌對連作廣藿香扦插苗生長特性及土壤微生態的影響[J].華南農業大學學報，2019，40（2）：60-64.

[4] 湯小朋，陳磊，熊康寧.有效微生物菌群在貴州喀斯特地區農業生產中的應用前景展望[J].中國農業科技導報，2020，22（4）：129-138.

[5] 王志遠，張廣娜，于軍香，等. EM菌結合有機物料還田對桃園土壤理化性質及桃葉片光合特性的影響[J].生態學雜志，2018，37（9）：2657-2662.

[6] 陳若飛.有效微生物技術的特性及其在農業、畜牧業的應用[J].畜牧與飼料科學，2013，34（9）：80-81.

[7] 周紅艷，朱瑛，陳曉波，等.EM菌劑對重金屬鉛脅迫下溝葉結縷草生長和滲透調節物質的影響[J].遼寧農業科學，2016（6）：5-8.

[8] 郭晨.緩/控釋尿素施用對作物產量、氮肥利用率及溫室氣體排放的影響[D].武漢：華中農業大學，2018.

[9] KUSZNIEREWICZ B，LEWANDOWSKA A，MARTYSIAK-UROWSKA D，et al.The influence of plant protection by effective microorganisms on the content of bioactive phytochemicals in apples[J].Journal of the science of food and agriculture，2017，97（12）：3937-3947.

[10] MENG L，RAHMAN A，HAN S H，et al.Growth of Zelkova serrata seedlings in a containerised production system treated with effective microorganisms and biochar[J].Journal of tropical forest science，2018，30（1）：49-57.

[11] TALAAT N B.Effective microorganisms：An innovative tool for inducing common bean （Phaseolus vulgaris L.） salt-tolerance by regulating photosynthetic rate and endogenous phytohormones production[J].Scientia horticulturae，2019，250：254-265.

[12] ABD EL-MAGEED T A，RADY M M，TAHA R S，et al.Effects of integrated use of residual sulfur-enhanced biochar with effective microorganisms on soil properties，plant growth and short-term productivity of Capsicum annuum under salt stress[J] .Scientia horticulturae，2020，261：108930-108938.

[13] PODBIELSKA M，SZPYRKA E，PIECHOWICZ B，et al.Assessment of boscalid and pyraclostrobin disappearance and behavior following application of effective microorganisms on apples[J] .Journal of environmental science and health，part B，2018，53（10）：652-660.

[14] NIKITIN A N，CHESHYK I A，GUTSEVA G Z，et al.Impact of effective microorganisms on the transfer of radioactive cesium into lettuce and barley biomass[J].Journal of environmental radioactivity，2018，192：491-497.

[15] IRITI M，SCARAFONI A，PIERCE S，et al.Soil Application of effective microorganisms （EM） maintains leaf photosynthetic efficiency，increases seed yield and quality traits of bean （Phaseolus vulgaris L.） plants grown on different substrates[J].International journal of? molecular sciences，2019，20（9）：2327-2335.

[16] OHLAND C L，MACNAUGHTON W K.Probiotic bacteria and intestinal epithelial barrier function[J].American journal of physiology，gastrointestinal and liver physiology，2010，298（6）：G807-G819.

[17] GESEK M，SOK R，LAMBERT B D，et al.Effect of Effective Microorganisms on intestinal morphology and morphometry in Japanese quails[J].Turkish journal of veterinary and animal sciences，2018，42（4）：285-291.

[18] LASKOWSKA E，JAROSZ ，GR

AcDZKI Z.The effect of feed supplementation with effective microorganisms （EM） on pro-and anti-inflammatory cytokine concentrations in pigs[J].Research in veterinary science，2017，115：244-249.

[19] ABDEL-AZIZ M，BESSAT M，FADEL A，et al.Responses of dietary supplementation of probiotic effective microorganisms （EMs） in Oreochromis niloticus on growth，hematological，intestinal histopathological，and antiparasitic activities[J].Aquaculture international，2020，28（3）：947-963.

[20] 高飛.微生態制劑飼料飼喂肉羊效果研究[J].河南農業科學，2011，40（10）：131-133.

[21] 周婷婷，林志華，張啟鵬，等.泥蚶與不同濃度微生態制劑凈化養殖廢水的研究[J].生物學雜志，2018，35（3）：52-56.

[22] 陳爽，王良愷，文濤，等.新型粉煤灰陶粒固定化有效微生物群落對模擬水產養殖廢水凈化效果[J].浙江農林大學學報，2020，37（4）：761-768.

[23] 何偉，吳蓓蕾，黃種買.EM菌與物理溶胞耦合對SBR系統污泥減量研究[J].水處理技術，2016，42（5）：60-62.

[24] 呂樂，尹春華，許倩倩，等.環境有效微生物菌劑治理藍藻水華研究[J].環境科學與技術，2010，33（8）：1-5.

[25] DONDAJEWSKA R，KOZAK A，ROSIN′SKA J，et al.Water quality and phytoplankton structure changes under the influence of effective microorganisms （EM） and barley straw-Lake restoration case study[J].Science of the total environment，2019，660：1355-1366.

[26] RASHED E M，MASSOUD M.The effect of effective microorganisms （EM） on EBPR in modified contact stabilization system[J].HBRC journal，2015，11（3）：384-392.

[27] 陳建發.高效微生物菌群強化抗生素類廢水生物處理研究[J].長江大學學報（自科版），2018，15（6）：62-67，95.

[28] SAFWAT S M.Performance of moving bed biofilm reactor using effective microorganisms[J].Journal of cleaner production，2018，185：723-731.

[29] 楊平，李偉朋，王召欣，等.EM菌對鎘離子的吸附特性的研究[J].棗莊學院學報，2013，30（2）：114-119.

[30] 劉超.添加不同量EM菌液對城市污水處理廠活性污泥好氧堆肥產品用于礦山修復的影響[J].宿州學院學報，2017，32（3）：106-112.

[31] ROMEH A A.Synergistic use of Plantago major and effective microorganisms，EM1 to clean up the soil polluted with imidacloprid under laboratory and field condition[J].International journal of phytoremediation，2020，22（14）：1515-1523.

[32] FAN Y V，LEE C T，KLEME J J，et al.Evaluation of Effective Microorganisms on home scale organic waste composting[J].Journal of environmental management，2018，216：41-48.

[33] 曲淑巖.利用復合微生物菌劑發酵牛糞生產生物有機肥[D].長春：長春工業大學，2012.

[34] 王富強.蚯蚓—微生物協同處理城市污泥的研究[D].?？冢汉Ｄ洗髮W，2016.

[35] WANG F Q，WANG H H，LI S N，et al.Effects of earthworms and effective microorganisms on the composting of sewage sludge with cassava dregs in the tropics[J].Journal of the air & waste management association，2019，69（6）：710-716.

[36] ZHONG Z K，BIAN F Y，ZHANG X P.Testing composted bamboo residues with and without added effective microorganisms as a renewable alternative to peat in horticultural production[J].Industrial crops and products，2018，112：602-607.

[37] ZHANG H C，YU H N.Enhanced biotransformation of soybean isoflavone from glycosides to aglycones using solid-state fermentation of soybean with effective microorganisms （EM） strains[J].Journal of food biochemistry，2019，43（4）：12804-12813.